北京三维力控科技有限公司

1 项目背景

宁夏能源铝业努力探索电解铝产业管控一体化模式，通过发挥青铜峡和宁东两个区域电解铝生产的协同作用，进一步优化资源配置，增强市场竞争力，成为中电投集团最大电解铝生产基地、最重要的铝业发展平台和最具实力的铝业核心企业。

宁夏能源铝业拥有2万吨石墨质阴极炭块和2万吨石墨化阴极炭块生产能力，目前产量位居全国首位，技术装备居国内阴极炭素行业先进水平，拥有完整的自主知识产权，自主研发的高石墨质阴极炭块，符合国家对电解铝产业提出的节能减排要求，代表当今世界有色金属行业炭素制品的高端发展方向。

本项目以青铜峡铝业股份有限公司宁东分公司为实施地点，并在银川总部建立能源管理中心，将宁东能源管控系统接入银川总部。

2 项目建设原则

（1）统一规划、分步分项实施。

银川本部将做为公司能源管理中心，各生产区域建立能源管理分中心。

能源管理主系统和各子系统实施分阶段、分子项单独进行。即本次实施的青铜峡宁东铝业分公司能源管理子系统与公司总部能源管理主系统优先实施。以后的其他区域上的能源管理子系统，都必须将子系统信息纳入主系统中。

图1 青铜峡铝业有限公司宁东分公司能源管理系统拓扑图

（2）各区域（产业基地）能源管理中心功能定位需结合实际，尤其是已建设完善的厂区（产业基地），要保护现有投资，提高投资回报率。

（3）各厂区系统配置应考虑近2年规划的其他新建产业接入，为系统升级留足够的接口。

（4）采用开放、成熟的软硬平台，方便不同厂家开发的系统间相互融合，数据共享，系统设计寿命应大于10年。

（5）整个系统建设应方便适用，让系统维护人员能方便的扩充接入其他新建产业。

3 系统结构设计

系统在各生产系统监控中心或能源数据集中位置部署数据采集网关对现场生产及能源数据进行汇聚并转发；数据采集遵守标准OPC、Modbus及电力dlt645规约；其中中央供电系统一、二期系统，考虑网络安全等问题，部署力控安全隔离网关；并根据现场需求对现场数据根据标准电力cdt-104规约，进行汇聚并转发。

（1）中心机房部署力控pspace6.0实时/历史数据库平台，通过两台数据采集服务器，实现系统的双机冗余，保证数据的稳定性。

（2）部署一台服务器处理分析系统数据，并通过SQL ROUTER将能源数据转出到应用服务器（oracle）为能源管理系统提供数据。

（3）部署一台web服务器部署，进行web授权便于网络上用于通过b/s方式访问系统。

（4）部署两台工程师站，用于系统维护优化。

（5）部署五台操作员站，用于运行人员监视生产系统数据及生产作业区工作状态。

（6）为系统分配多级用户，方便对系统及人员管理。

4 数据采集系统

本系统设计能源计量类型包括水、蒸汽、压缩空气、电、天然气。由于能耗计量系统涉及范围广、数量和类别较多，所采用的通信协议不一致，各个部门所采用的计量设备也千差万别，同时由于控制的设备种类繁多、协议多样化，并地理分散，标准又不统一，难以建立统一能耗统计平台。

本系统中采用力控能源数据采集器pFieldComm，其内置数千种通讯协议支持，可以通过远程组态实现不同协议的转换，对于系统尚未支持的特殊协议，可以提供通讯协议开发包进行开发，具备将非标准通讯协议转化为标准通讯协议，并具备OPC接口，现场能耗数据通过力控能源管理采集器pFieldcomm进行采集联网从而完成统计和收集、并以标准的数据格式和封装传送到远程的管理服务器,中心数据库通过采集站进行分布式生产实时数据采集。

4.1 电力系统数据采集

宁东铝业分公司供配电系统按电压等级划分，目前拥有330kV总降整流变电所两座，10kV配电室6个。本次设计完成电力系统数据采集，实现电力数据汇聚和界面展现，并将数据接入能源管理平台，实现电力能耗分析。

上位机能在线显示遥测、遥信、电度量、频率、温度等数据或状态，各状态具备颜色变化报警及语音报警功能，能够完成历史数据报表的查询、修改、打印和历史曲线打印等功能，同时能直观显示系统各模块运行状态和网络通讯状态，通过权限管理功能，系统管理人员能够增加和编辑用户账号，并为其分配相应的权限。

4.2 天然气系统数据采集

系统有天然气调压首站1座，天然气末站1座，均用于天然气的输配。主要用于阳极导热油、煅烧大窑、焙烧车间南侧、焙烧车间北侧、铸造车间等，本次系统完成天然气系统数据采集，实现天然气数据汇聚和界面展现，并将数据接入能源管理平台，实现蒸汽能耗分析。

上位机实现各站库所有参数的采集与存储，监控主要工艺过程，完成部分参数的统计及分析，并且以趋势图、饼图、报表等方式展示，同时提供了各站库主要参数的日报，月报，季报，年报。整个系统具有很好的扩展性，伸缩性。使得后期新增站库可以低成本无缝接入。

4.3 蒸汽系统数据采集

蒸汽系统目前由一台35t煅烧烟气冷却余热锅炉提供蒸汽，供出管网一路供汽轮机使用，另一路经减温减压供厂区管网。本次设计完成蒸汽系统数据采集，实现蒸汽数据汇聚和界面展现，并将数据接入能源管理平台，实现蒸汽能耗分析。

上位机以动态的方式对采集信息的实时显示，如换热站的动画模拟显示，各子站温度、压力等数据的动画展示，直观反映整个热网的当前状态。

4.4 压缩空气系统数据采集

空压站供应全厂的全部压缩空气，共有九套空压设备，并网后分出五路分别供一期350KA电解车间、二期400KA电解车间、一期储运站、卸料站及阳极铸造车间使用。本次设计完成压缩空气系统数据采集，实现压缩空气数据汇聚和界面展现，并将数据接入能源管理平台，实现压缩空气能耗分析。

系统在线监测设备的运行状态及主要运行参数（如空压机的电流、电压、设备开停、故障），实现系统设备正常的顺序起、停控制。用户可以清晰直观的看到风量，风压，电机电压，电机电流，电机故障，开停，电机表面温度等数据或状态，并且具备报警等功能。

4.5 水系统数据采集

本次设计内容包括成型循环水泵房、煅烧循环水泵房、焙烧烟气循环水泵房、余热锅炉循环水泵房、铸造循环水泵房、空压站循环水泵房、电解净化循环水泵房等部分，保证水泵安全稳定运行。通过采集方式完成数据收集、传送，将数据集成至数据中心使中心展示，具备水泵数据采集分析及保护、通讯、显示功能、报警等功能。

各PLC控制站与监控主机实现实时采集数据的交换，显示现场排水工艺流程，如水泵的工作状态、电动阀的开闭位置、水泵抽真空情况和出水口压力值，同时通过相应的操作权限，实现对主排水系统的启、停控制。监控系统自动报警，并自动记录报警信息以便工程师分析故障信息。同时通过报表、曲线的查询打印等为技术员分析系统运行状况提供科学的依据。

5 能源管理系统

能源管理主系统主要对各能源管理子系统上传的能源数据进行进一步的筛选、统计、分析、对比等，从这些数据上整体了解各下属分公司的各能源介质的消耗情况、节能指标完成情况；再依据系统处理后的数据指标进行考核，并进行各分公司之间的能源成本对标、产品能耗对标等工作，从中进行对比分析，以帮助公司领导层进行决策支持，并依据这些数据制定新的节能指标或更加科学合理的考核依据，制定节能的大政方针或节能措施并向下推行。

5.1 能源流程监控与管理

本系统能源监视是对企业电、气、水等能源进行集中日常监视、测量、控制和管理，实现能源历史数据存储、查询、分析、统计等功能。系统提供从运行数据到管理数据的平台，企业管理者实时了解工厂的生产和能耗情况。通过各类自定义各种能耗报表，对外对内都可以提供单位的能耗汇总情况。

• 能源监视模块监测动力介质能耗、工序的能耗、关键耗能设备的能源利用水平；

• 横纵对比分析各二级单位部门或各班次资源利用效率和节能潜力；

• 统计各部门、各车间，各班次的能源消耗状况；

• 监控动力、给排水、供配电、供气运行以及规范化操作以及应急预案。

静态调度 ：根据生产计划和检修计划，预测一段时间内的能源供应需求量，并制定相应的能源生产供应计划，从而达到预测性平衡并实现手工静态调度。

动态调度 ：在短期时间内，随着生产过程的进行和各种因素的影响，各能源相关参数将动态变化，因此需采取及时平衡策略将这种变化限制在允许范围内，从而达到能源供应和需求量之间的动态平衡。

5.2 能源计划管理

对所处的管理领域的用能对象进行能源计划的制定，能源计划包括年计划、月计划、日计划。系统根据生产计划、检修计划和能源单耗预测，来自动计算能源产耗计划。计划制定后需要相关领导进行审核和审批。同时能源计划通过发布使相关人员了解计划的制定情况。

5.3 能源实绩管理

用于对整个管理区域的用能情况进行收集汇总，以一种固定的格式进行展现。信息来源的方式有两种，一种是由现场的采集设备通过网络将实际的用能情况进行收集，按照一定的存储要求存入相应的数据区域（关系数据库中的某张数据表），另外一种是通过人工的方式将现场仪表的数据进行录入，便于信息的收集。

5.4 能源成本管理

用于对能源使用情况进行的综合分析，便于发现能源问题，做出调整方案，提高能源的使用效率。对特定的区域的能源使用情况进行查询，可以查询各个节点的能源消耗情况，用多种形式来进行直观的展示。

5.5 能源计量设备管理

设备管理模块的功能主要是管理和更新所有计量器具的相关数据内容。计量器具的资料内容包括该器具的唯一标识号、参数性能、溯源单位、检定日期、有效期限、管理负责人、使用状态等设备的信息。系统还添加了设置仪器设备和项目的到期提醒功能, 帮助工作人员有效地对计量设备的有效期进行监控, 时时刻刻保证所有的计量设备处于受控状态。

• 具备计量器具台帐管理功能；

• 具备强制检定计量器具台帐管理功能；

• 具备计量器具动态反馈录入功能，自动搜索后归档；

• 具备计量器具备品备件台帐管理功能；

• 具备报废计量器具台帐管理功能；

• 具备计量器具检定计划管理功能；

• 具备计量器具检定记录管理功能；

• 具备计量器具检修情况记录功能；

• 具备查询、统计功能。

5.6 能源统计分析

对能源数据按介质种类进行统计分析，配合能源管理、能源消费结构进行能源供需、能源实绩与计划比较分析，并且按设定的统计分析条件处理历史数据，为用户提供直观的统计和分析数据。

5.7 能源设备管理

• 记录能源工艺设备原始技术资料及主要工艺参数；

• 记录能源工艺设备状态，运行工艺参数；

• 记录设备运行记录、点检记录、设备检修记录、设备故障记录、设备报警记录；

• 设备档案管理（主要是计量设备和仪表）：提供维护设备档案录入、查询等维护功能，用于记录设备技术参数，技术指标；

• 设备运行管理：自动从上位机获取或人工录入当前设备状态数据，显示主要设备当前的运行参数。

• 设备缺陷记录：设备的缺陷记录、分类、统计、消缺的跟踪与督办和考核；

• 设备维修管理：制定设备维修计划、设备维修周期、设备维护管理；

5.8 能源定额管理

• 按照公司制定并下达的能源定额，对各单位实际消耗量进行比对；

• 根据与定额比对后的节超量，形成考核报表。

6 系统结论

本项目实现了能源数据（水、电、蒸汽、风、天然气）的采集与监控，为全公司能源运行提供统一的管控平台，调度人员可通过该平台对能源运行进行统一监控及调度管理，从而方便从整体上了解各下属分公司的各能源介质的消耗情况、节能指标完成情况，以及对数据指标进行考核，帮助公司领导层进行决策支持，并依据这些数据制定新的节能指标或更加科学合理的考核依据，制定节能的大政方针或节能措施并向下推行。

链接采访

Q：您感受到冶金自动化市场正在发生着哪些变化，呈现出哪些特点？

A：随着计算机技术和信息技术的快速发展，冶金行业正朝着综合自动化系统不断发展，实现企业信息化。“智能生产是工厂的未来， 而以信息化促进自动化是智能生产的基础”，这是力控科技对于整个自动化行业的预测。

Q：贵公司能够为冶金行业提供哪些产品或者解决方案？

A：我国冶金工业自动化系统的建设，许多都处于开环控制或局部闭环控制阶段。而要实现真正意义上的自动化系统集成与创新就要在全过程方面实现真正闭环。同时，我国的冶金企业普遍具有流程长而复杂、工艺类型多样、设备密集、产品种类繁多、组织架构复杂等鲜明的业务特点，这些导致冶金行业在过程自动化与企业资源计划系统之间普通存在数字鸿沟，对数据的综合集成带来了困难。

力控科技针对这些特点，以公司丰富的产品线为基础，向冶金行业提供完整而安全的解决方案：

• 力控ForceControl –工业通用监控组态软件;

• 力控eForceCon –工业SCADA平台组态软件;

• 力控pSpace – 企业级实时历史数据库软件平台；

• 力控Fportal – 企业实时信息门户；

• 力控华康pFieldComm –工业通信网关服务器；

• 力控华康pSafetyLink – 工业网络安全防护网关；

• 力控华康HC-ICG –工业防火墙。

Q：节能降耗是冶金企业当前面临的难题，三维力控对此有何解决方案？

A：冶金企业EMS系统是是冶金企业信息化系统的一个重要组成部分，能源管理调度中心可以实现从能源数据采集-过程监控-能源介质消耗分析-能耗管理等全厂能源系统的统一调度，完成全过程的自动化、高效化、科学化的管理。力控EMS系统具有如下特点：

（1）力控组态软件实现远程在线监控和操作：结合现场环境、设备状态、生产能耗等实时信息，以及生产报表、报警信息，实现对现场设备的远程开、停车，诊断各类设备的运行状态，并对设备参数进行调整、维修和检修。

张平 北京三维力控科技有限公司市场部市场专员

（2）力控华康采集网关消除信息孤岛：数据采集和协议转换网关pFieldComm，可以将多种不同的串口设备转换成同一串口或以太网接口下的通讯协议，解决国内外各自动化厂商棘手的数据采集与接入问题，大大缩短综合自动化的实施周期和数据采集的实时性。

（3）力控实时历史数据库提供统一的数据平台：分布式实时数据库pSpace，可以将冶金企业的各种信息源在数据库平台中集成化整合，从而支撑各个管理层面对生产业务数据的不同需求，为经营管理决策提供数据依据，形成企业的专家分析系统及决策支持系统。

（4）力控企业实时信息门户Fportal：以分布式实时数据库系统为核心提供一个整体的能源信息系统解决方案，可以完成从数据采集、联网、能源数据海量存储、能耗统计分析、查询等功能，实时地对系统的动态平衡进行直接控制和调整，达到节能降耗的目的。

（5）力控华康安全隔离网关保障控制网络安全运行：安全隔离网关pSafetylink是国内首款国家公安部认证的工业网络安全防护产品，采用安全的物理隔离“2+1”系统架构，提供严格的身份认证来管理系统配置权限，更加充分的保障控制网络的安全。

Q：对于冶金行业自动化软件技术的未来发展，您有何见解？

A： 众多冶金企业已从多年来内部信息化建设的实践中，深刻地领悟到由此而产生的企业内部采购信息、生产信息、销售信息、库存信息、财务信息等存在各为一体、互不相通的问题。这使企业难以对生产经营活动进行有效的监控和管理，形成制约企业加速发展的瓶颈，因而使企业深刻地认识到走信息集成化道路的重要性。为此，掘弃"信息孤岛"，实施信息集成化技术，实现PCS/MES/ERP三层架构，已成为冶金企业信息化建设发展的一种必然选择。

基于TCP/IP协议以太网通讯技术在工业领域得到广泛应用，工业控制系统和以太网的结合，带来了诸多安全问题。在互联网和物联网技术变革的大驱使下企业信息化是必经之路，然而对冶金行业，控制网络的安全性非常重要的，一旦控制网络直接暴露给外网，就有可能因受到外网的恶性攻击、病毒感染而导致控制网络阻塞、瘫痪，甚至产生破坏和影响生产的严重后果，目前工业自动化市场上选用常规网安产品，由于自身存在的缺陷与不足，不能满足工业网络较高的防护要求，或者因为不是专门针对工业网络设计，难以在工业场合应用。尽管我国工业控制系统信息安全产品的研发和应用还处于起步阶段，但自“震网”病毒事件公开以后，工业控制系统安全越来越受到重视，未来冶金行业也必将重视工业控制网络的安全建设。